JPH0713453B2 - 内燃機関用排気ガスフイルタ再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置、特
に、フィルタの燃焼温度を設定温度に基づいて正確に補
正しながらフィルタを焼損することなく短時間でフィル
タを効率良く再生できる内燃機関用排気ガスフィルタ再
生装置に関連する。

従来の技術 現在、DPF（Deisel Particulate Filter）再生用バーナ
は、内燃機関の排気ガスに含まれる微粒子（Particulat
e）をトラップと呼ばれるフィルタで捕集し、バーナか
ら噴出する燃料によってこのフィルタの反復使用を可能
にする内燃機関の排気浄化装置として用いられている。
この型式の排気浄化装置では、例えば、特開昭56-11580
号公報に示される通り、排気通路中に設けたトラップに
よって排気ガス中に含まれるカーボンを主成分とする微
粒子を捕集する。一定期間使用後、トラップの入口圧力
と出口圧力との圧力差を検出してトラップでの微粒子捕
集状態を決定するが、この圧力差が所定レベルに達した
とき、バーナを作動して、トラップ内の微粒子を焼却し
てフィルタの再生が行われる。

発明が解決しようとする問題点 フィルタの再生時には、バーナ温度を増加していくと、
ある温度に達したとき、フィルタに付着した微粒子が爆
発的に燃焼を開始し、このためフィルタ内の温度が急激
に上昇する過激燃焼現象を発生する。例えば、第７図に
示されるように、燃料を供給量Ａでバーナに供給する
と、この過激燃焼現象Ｃは、フィルタ温度Ｂが約Ｔ＝60
0℃の時、発生する。過激燃焼現象が発生すると、フィ
ルタ内の温度が部分的に著しく高くなり、このため部分
的に大きな温度差が生ずるので、フィルタに亀裂が発生
したり、焼損することがある。このような状況を回避す
るため、従来では、カーボン捕集量が少ない時期に再生
を行うか又はバーナの着火時に、一定量の燃料をバーナ
に一度に供給するのではなく、第８図に示すように、徐
々に燃料供給量を増加して一定時間後に一定供給量に達
するように燃料供給を行っている。

上記従来の方法では、カーボン捕集量が少ない時期に再
生を行うと、再生周期が短くなるので、再生回数が増加
し、フィルタの寿命が短くなると共に、再生用燃料量が
増加する。バーナの温度上昇が緩慢になるように燃料を
供給すると、再生に長時間を必要とする。フィルタの再
生時には、内燃機関を停止することはできないから、再
生時間が長いと、内燃機関の稼働時間も延長しなければ
ならない。

この発明は、フィルタの燃焼温度を設定温度に基づいて
連続的に補正しながらフィルタを焼損することなく短時
間でフィルタを効率良く再生できる内燃機関用排気ガス
フィルタ再生装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この発明による内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置
は、内燃機関の排気管を通って排出される排気ガス中に
含まれる微粒子を濾過するフィルタと、該フィルタで捕
集された微粒子を燃焼するバーナと、前記バーナに供給
する燃料の供給量を制御するインジェクタと、前記フィ
ルタに隣接して配置されかつ前記フィルタの燃焼温度を
検出する温度センサと、該温度センサからの電気信号を
受ける制御回路とを設け、前記制御回路は、前記温度セ
ンサに接続された温度検出回路と、フィルタの上流の排
気ガス圧力を測定する圧力センサが設けられた起動回路
と、該起動回路の出力で前記インジェクタを作動する駆
動回路とを有する。この内燃機関用排気ガスフィルタ再
生装置は、前記起動回路の出力により時間信号を発生す
るクロック回路と、再生時間の経過に対応する前記フイ
ルタの設定温度を記憶しかつ前記クロック回路の時間信
号により前記フィルタの設定温度信号を出力する記憶回
路と、該記憶回路の出力信号と前記温度センサの出力信
号とを比較する比較器とを有する温度補正回路を前記制
御回路に設けている。

作用 フィルタの再生時間の経過に対応して変化する記憶回路
の出力信号に基準を合わせて、実際のフィルタの燃焼温
度を温度センサにより検出し、記憶回路の出力信号と温
度センサの出力信号とを比較器により比較し、その出力
差により前記バーナへの燃料供給量をインジェクタを通
じて制御する。これにより、時間経過に対して変化する
フィルタの燃焼温度を設定温度に基づいて連続的に補正
しながらフィルタを焼損することなく短時間でフィルタ
を効率良く再生できる。

実施例 以下、この発明の実施例を第１図ないし第６図について
説明する。

第１図に示されるように、この発明による内燃機関用排
気ガスフィルタ再生装置10は、回転センサ17が取付けら
れた内燃機関11の排気管12を通って排出される排気ガス
中に含まれる微粒子を過するフィルタ13と、フィルタ
13で捕集された微粒子を燃焼するバーナ14を有する。バ
ーナ14は、点火用グロープラグ18と、バーナ14に供給さ
れる燃料量を制御するインジェクタ19を有し、これらの
グロープラグ18とインジェクタ19は、フィルタ13の上流
側に取付けられる。インジェクタ19は、ポンプ又は燃料
フィルタを通じて燃料タンクに接続される（いずれも図
示せず）。フィルタ13に隣接して温度センサ15と圧力セ
ンサ16とが設けられ、温度センサ15は、フィルタ13の温
度を検出し、圧力センサ16は、フィルタ13の目詰り状態
を検出するため、フィルタ13の上流側の排気ガス圧力を
感知する。温度センサ15、圧力センサ16、回転センサ1
7、グロープラグ18及びインジェクタ19は、制御回路20
に接続される。

制御回路20は、第２図に詳細に示されるように、温度セ
ンサ15に接続された温度検出回路21と、フィルタ13の上
流の排気ガス圧力を感知する上記圧力センサ16が設けら
れた起動回路22と、起動回路22の出力でインジェクタ19
を作動する駆動回路23と、温度検出回路21の出力が発生
したとき、インジェクタ19へ供給する出力を減少する燃
料制御回路24と、燃料制御回路24が一定時間作動した
後、燃料制御回路24の作動を阻止する制御停止回路25
と、フィルタ13が最大燃焼温度に達して、所定時間経過
したときインジェクタ19の作動を停止する再生停止回路
26とを有する。また、制御回路20は、再生時間の経過に
対し、フィルタ13の燃焼温度を検出して、燃焼温度が設
定温度より高いときバーナ14への燃料増加量、即ち増加
させる燃料量の単位時間当たりの供給量を減少し、設定
温度より低いときバーナ14への燃料供給量を増加するよ
うに、インジェクタ19を制御する温度補正回路27を有す
る。

起動回路22は、圧力センサ16に接続された増幅器30と、
増幅器30の出力と基準電圧電源31の出力とを比較する比
較器32と、増幅器33を介して回転センサ17の出力及び比
較器32の出力を受けるアンドゲート34と、アンドゲート
34の出力でパルスを生ずるワンショットマルチバイブレ
ータ35とを有する。マルチバイブレータ35の出力は、RS
フリップフロップ36のセット端子及び温度補正回路27の
クロック回路37に接続される。フリップフロップ36のＱ
出力端子は、駆動回路23のトランジスタ40のベースに接
続される。

駆動回路23は、上記トランジスタ40と、トランジスタ40
のコレクタと電源との間に接続されたグロープラグ18
と、トランジスタ40のコレクタに接続されたエミッタを
有するトランジスタ41と、トランジスタ14のコレクタに
接続されたベースを有するトランジスタ42と、トランジ
スタ42のクレクタに接続された一端と接地された他端と
を有するインジェクタ19のコイル45と、トランジスタ42
のエミッタに接続されたエミッタを有するトランジスタ
44と、トランジスタ44のコレクタ・エミッタに並列に接
続された抵抗43及びトランジスタ41のベースと電源との
間に接続された抵抗46とを有する。トランジスタ40のエ
ミッタは接地され、トランジスタ41のベースは、抵抗49
を介してトランジスタ53のコレクタにも接続される。

温度検出回路21は、増幅器50を介して温度センサ15に接
続された比較器51と、比較器51に定電圧を印加する定電
圧電源52とを有する。比較器51の出力は、燃料制御回路
24を構成するトランジスタ53のベースと、制御停止回路
25を構成するタイマ54及びトランジスタ55のコレクタに
接続される。トランジスタ55のエミッタは、接地され、
ベースは、RSフリップフロップ56のＱ出力端子に接続さ
れる。フリップフロップ56のセット端子は、タイマ54の
出力を受ける。

増幅器50の出力は、再生停止回路26を構成する比較器60
にも供給され、比較器60は、増幅器50の出力と定電圧電
源61の出力とを比較する。比較器60の出力は、タイマ62
を通じてフリップフロップ36と56とのリセット端子に送
出される。

温度補正回路27は、クロック回路37で発生する時間信号
を記憶回路38にアドレス信号として供給し、記憶回路38
に出力を発生させる。記憶回路38には、時間経過に伴う
フィルタ13の設定温度がディジタル情報として記憶され
ている。記憶回路38の出力は、D/A変換器39を通じて比
較器48に印加される。比較器48は、D/A変換器39の出力
と増幅器50を介して供給される温度センサ15の出力とを
比較し、フィルタ13の温度が設定温度より高いとき低レ
ベルの出力をトランジスタ44のベースに与え、逆にフィ
ルタ13の温度が設定温度より低いとき高レベルの出力を
トランジスタ44のベースに与える。

上記構成において、多量の微粒子付着のためフィルタ13
に目詰りが生ずると、増幅器30を介して比較器32に与え
られる圧力センサ16の出力は、基準電圧電源31の出力よ
り高くなり、比較器32は、出力をアンドゲート34に送出
する。内燃機関11が所定回転数で回転しているとき、回
転センサ17の出力が増幅器33を通じてアンドゲート34に
与えられるから、アンドゲート34は、出力を発生し、マ
ルチバイブレータ35にパルスを発生させる。従って、フ
リップフロップ36がセットされ、Ｑ出力端子からトラン
ジスタ40のベース入力が与えられる。このため、トラン
ジスタ40は、オンとなり、グロープラグ18が点火され、
またトランジスタ41のエミッタ電流が流れるので、トラ
ンジスタ42がオンとなり、電源から抵抗43及びトランジ
スタ44を通じてインジェクタ19のコイル45に通電され
る。

マルチバイブレータ35のパルスによってクロック回路37
が作動を開始するので、クロック回路37から時刻情報が
記憶回路38に入力され、D/A変換器39を通じて比較器48
に設定温度信号が与えられる。また、比較器48は、増幅
器50を通じて温度センサ15の温度信号が与えられるか
ら、上記設定温度信号と比較する。温度センサ15からの
温度信号が上記設定温度信号より高いとき、比較器48
は、低レベルの電流をトランジスタ44のベースに与える
から、トランジスタ44のエミッタ電流は、少ないので、
コイル45の電流は少なく、インジェクタ19は、減少した
量の燃料をバーナ14に供給する。逆に、温度センサ15か
らの温度信号が設定温度信号より低いとき、比較器48は
高レベルの電流をトランジスタ44のベースに与えるか
ら、インジェクタ19は、増加した量の燃料をバーナ14に
供給する。温度センサ15からの温度信号と設定温度信号
が等しいとき、比較器48は、一定レベルの出力を発生す
る。上記のように、温度補正回路27は、フィルタ13の温
度補正を行う。比較器48が一定レベルの出力を発生する
ときは、インジェクタ19は、最大流量で燃料をバーナ14
に供給し、フィルタ13は、短時間に高温まで加熱され
る。

フィルタ13内の微粒子が急激に燃焼を開始する温度、即
ち約600℃の直前温度約500℃までフィルタ13が加熱され
たとき、比較器51は、この直前温度で出力を生じ、トラ
ンジスタ53をオンにする。従って、トランジスタ41のベ
ース電流が減少し、トランジスタ41のエミッタ電流は制
限され、従って、トランジスタ42のベース電流及びコイ
ル45への電流が減少し、バーナ14への燃料増加量が減少
する。この状態で所定時間経過すると、タイマ54が出力
を発生し、フリップフロップ56をセットされるから、ト
ランジスタ55がオンとなり、トランジスタ53がオフとな
る。従って、トランジスタ42のベースには、高レベルの
電流が供給されるので、バーナ14は、フィルタ13を急速
に加熱する。バーナ14が最大燃焼温度に達すると、比較
器60が出力を生じ、タイマ62が作動される。タイマ62
は、一定時間経過後に出力を生じ、フリップフロップ36
と56をリセットしてフィルタ13の再生を完了する。温度
補正回路27は、上記最大燃焼温度に至り再生が完了する
まで、温度補正を行う。

この発明の内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置では、
微粒子の急激燃焼温度を回避するため、種々の制御方法
でインジェクタ19を通る燃料を制御することができる。
例えば、第３図のフローチャートに示される通り、ステ
ップ70で目詰りを検知したとき、60〜70秒間、グロープ
ラグ18の通電を行い、燃料供給を開始する（ステップ7
1、72）。この段階では、着火時の燃料供給量を少量と
し、フィルタ温度を検出しながら、燃料供給量を増加
し、上記60〜70秒間で、フィルタ温度が微粒子の急激燃
焼温度500〜700℃、好ましくは約550〜600℃の直前に達
するように燃料を供給する（ステップ73）。急激燃焼温
度に達する段階（ステップ74）でフィルタ13内温度から
のフィードバック制御を約３〜４分間行い、バーナ温度
が約550〜600℃を保持するように燃料量を制御する（ス
テップ75）。上記３〜４分経過後、再び燃料供給量を増
加し、最大燃焼温度約750℃に達するまでバーナ14によ
り加熱を行う（ステップ76）。最大燃焼温度（再生温
度）に達すると（ステップ77）、約10分間、上記と同様
に、フィードバック制御を行い（ステップ78）、再生工
程を終了する（ステップ79）。

第３図に示す方法では、第４図に示されるフィルタ温度
特性と燃料供給特性が得られ、ステップ75では、燃料増
加は、殆ど行われず、フィルタ内温度の急激増加もわず
かである。

第５図には、他の制御方法が示される。この方法では、
ステップ72と73において、第３図の場合と同様に、着火
時の燃料供給量を少量とし、単位時間当りの燃料供給量
（デューティ比）及びバーナ温度を制御しながら燃料供
給量を増加する。また、ステップ75では、燃料増加量を
減少し、ステップ76では、バーナ温度上昇が更に緩慢と
なるように燃料供給制御を行う。即ち、ステップ75と76
では、３〜４分で750℃に達するように温度管理を行
う。第５図に示す方法では、第６図に示されるフィルタ
温度特性と燃料供給特性が得られ、第４図の場合と同様
に、フィルタ内温度の急激増加がわずかである。上記最
大燃料温度（再生温度）は、750℃であるが、この温度
では、微粒子の焼却率は約50〜60％であるのに対し、最
終的にバーナ14の温度を750〜850℃まで上昇させると微
粒子の焼却率は、約70〜80％以上に向上することができ
る。

この発明の上記実施例では、変更が可能である。例え
ば、制御回路20は、マイクロコンピュータで構成し、燃
料供給量をプログラム制御で行ってもよい。また、フィ
ルタ内で微粒子が急激燃焼を開始する温度は、通常600
℃であるが、微粒子の組成成分、フィルタの形状及び排
気ガスの通過状態等の種々の要因によって変動するか
ら、燃料供給量を制限する上記急激燃焼に対する直前温
度は、500〜700℃の範囲で設定しなければならない。

発明の効果 この発明の内燃機関用ガスフィルタ再生装置では、再生
時間の経過に対応して変化する記憶回路の出力信号に基
準を合わせて、実際のフィルタの燃焼温度を温度センサ
により検出し、記憶回路の出力信号と温度センサの出力
信号とを比較器により比較し、その出力差によりバーナ
への燃料供給量をインジェクタを通じて制御するので、
時間経過に対して変化するフィルタの燃焼温度を記憶回
路の設定温度信号に基づいて連続的に補正することがで
きる。したがって、フィルタの燃焼温度を設定温度に基
づいて連続的に補正しながらフィルタを焼損することな
く短時間でフィルタを効率良く再生できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による内燃機関用排気ガスフィルタ
再生装置の略示図、第２図は、第１図の再生装置に使用
する制御回路の詳細を示す電気回路図、第３図は、この
発明の再生装置での燃料制御方法の一例を示すフローチ
ャート、第４図は、第３図の方法を行ったときのフィル
タ温度特性及び燃料供給特性を示すグラフ、第５図は、
この発明の再生装置での燃料制御方法の他の例を示すフ
ローチャート、第６図は、第５図の方法を行ったときの
フィルタ温度特性及び燃料供給特性を示すグラフで、第
７図及び第８図は、それぞれ従来の内燃機関用排気ガス
フィルタ再生装置でのフィルタ温度特性及び燃料供給特
性を示すグラフである。 10……内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置、11……内
燃機関、12……排気管、13……フィルタ、14……バー
ナ、15……温度センサ、16……圧力センサ、17……回転
センサ、18……点火用グロープラグ、19……インジェク
タ、20……制御回路、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気管を通って排出される排気
   ガス中に含まれる微粒子を濾過するフィルタと、該フィ
   ルタで捕集された微粒子を燃焼するバーナと、前記バー
   ナに供給する燃料の供給量を制御するインジェクタと、
   前記フィルタに隣接して配置されかつ前記フィルタの燃
   焼温度を検出する温度センサと、該温度センサからの電
   気信号を受ける制御回路とを設け、前記制御回路は、前
   記温度センサに接続された温度検出回路と、フィルタの
   上流の排気ガス圧力を測定する圧力センサが設けられた
   起動回路と、該起動回路の出力で前記インジェクタを作
   動する駆動回路とを有する内燃機関用排気ガスフィルタ
   再生装置において、 前記起動回路の出力により時間信号を発生するクロック
   回路と、再生時間の経過に対応する前記フィルタの設定
   温度を記憶しかつ前記クロック回路の時間信号により前
   記フィルタの設定温度信号を出力する記憶回路と、該記
   憶回路の出力信号と前記温度センサの出力信号とを比較
   する比較器とを有する温度補正回路を前記制御回路に設
   け、 前記再生時間の経過に対応して変化する前記記憶回路の
   出力信号に基準を合わせて、実際の前記フィルタの燃焼
   温度を前記温度センサにより検出し、前記記憶回路の出
   力信号と前記温度センサの出力信号とを前記比較器によ
   り比較し、その出力差により前記バーナへの燃料供給量
   を前記インジェクタを通じて制御することを特徴とする
   内燃機関用排気ガスフィルタ再生装置。